Em simulações e experimentos, os pesquisadores demonstram que a introdução de texturização em nanoescala minúscula nas superfícies de materiais em células solares tandem de perovskita / silício pode aumentar significativamente a eficiência, reduzindo a quantidade de energia luminosa que é perdida devido à reflexão. Um novo design nanotexturado pode atingir um potencial de eficiência de conversão de energia acima de 29%, o que as simulações sugerem que poderia ser melhorado com melhores técnicas de fabricação e texturização adicional.
Philipp Tockhorn, da Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), apresentará o trabalho no Congresso OSA Advanced Photonics virtual que será realizado em 29 de julho.
“Apresentamos células solares tandem de perovskita / silício nanotexturizadas que estão no mesmo nível das melhores células apresentadas neste campo altamente dinâmico”, disse Tockhorn. Nossas descobertas podem contribuir para o desenvolvimento de células solares em tandem de perovskita / silício altamente eficientes e têm o potencial de diminuir ainda mais o custo da eletricidade solar. ”
As perovskitas são materiais com uma estrutura cristalina semelhante à da perovskita mineral de ocorrência natural. Esses materiais semicondutores convertem a luz solar em energia de maneira muito eficiente e têm sido um foco importante para o desenvolvimento de tecnologias de energia solar de próxima geração. Os painéis solares de hoje são feitos principalmente de silício.
Para o novo trabalho, Tockhorn, Johannes Sutter e colegas dos grupos do Prof. Becker e Prof. Albrecht no HZB examinaram como a introdução da nanotextura em várias interfaces afeta o desempenho de células solares em tandem feitas de uma célula solar de perovskita sobre uma célula solar de silício. Eles primeiro usaram uma simulação de computador para calcular a corrente elétrica nas subcélulas de perovskita e silício (a densidade da fotocorrente) quando a camada de perovskita era totalmente plana, nanotexturada (irregular) apenas na parte inferior, onde se encontrava com a camada de silício, ou irregular em ambas as partes superiores e inferior. Os solavancos simulados tinham cerca de 300 nm de altura e 750 nm de distância. Enquanto o design nanotextured unilateral mostrou apenas uma ligeira melhora de desempenho em relação ao design plano na simulação, a arquitetura totalmente texturizada foi calculada para absorver consideravelmente mais luz, aumentando a densidade da fotocorrente em 0.7 mA / cm2 por subcélula.
Para explorar ainda mais como a nanotexturização afeta o desempenho da célula solar, os pesquisadores então fabricaram diferentes designs de células solares em tandem de perovskita / silício: uma com uma camada de perovskita totalmente plana e outra com uma camada de perovskita que é plana na parte superior e irregular na parte inferior na interface para a célula solar de silício. Eles determinaram que a nanotextura unilateral já aumentava a luz absorvida e a corrente gerada na camada absorvente de silício em 0.2-0.3 mA / cm².
“Notavelmente, as nanotexturas não apenas melhoram a absorção de luz, mas também levam a um ligeiro aprimoramento da célula solar em tandem Cartão qualidade em comparação com a referência planar em conjunto com melhores condições de processamento de filme, disse Tockhorn. ”
Os resultados sugerem um caminho promissor para novas melhorias, de acordo com os pesquisadores do HZB. Com base em seus resultados de simulação, os pesquisadores prevêem que uma célula solar em que a camada de perovskita é nanotexturada na parte superior e inferior provavelmente aumentaria ainda mais o desempenho e alcançaria uma eficiência de conversão de energia superior a 30%.
“Um desenvolvimento adicional desta abordagem texturizada de dupla face já existe e é viável, mas exigirá melhorias no processo de fabricação para adicionar nanotexturização ao lado superior da camada de perovskita”, disse Tockhorn.
